Что такое драйверы устройств. Что такое драйвер, типы драйверов и характеристики Что такое драйвер

Драйвер устройства – небольшая программа, которая говорит и другим программам как обмениваться данными с аппаратным компонентом.

Например, драйверы принтера говорят операционной системе, а также и другим программам, у которых есть данные для принтера, в точности как печатать информацию на странице.

Драйверы звуковой карты нужны, чтобы ваша операционная система в точности знала, как передавать единицы и ноли, из которых состоит этот MP3 файл, чтобы звуковая карта выдала звуковой сигнал в ваши наушники или динамики.

Так же работают и видеокарты, клавиатуры, мониторы и т.п.

Как работают драйвера устройства?

Представьте, что драйвера устройства – переводчики между программой, которую вы используете и устройством, которое эта программ хочет каким-либо образом используете. Программное и аппаратное обеспечение создавалось разными людьми или компаниями и говорят на двух совершенно разных языках, а этот переводчик (драйвер) дает им возможность общаться.

Другими словами программа может передавать информацию драйверу, чтобы объяснить, что она хочет от аппаратного компонента, эту информацию драйвер понимает и объясняет задачу устройству.

Благодаря драйверам, большинству программ не нужно знать, как работать напрямую с аппаратным обеспечением, а драйверу не нужно знать весь опыт пользователей по работе с приложением.

Вместо этого программе и драйверу просто нужно знать, как общаться между собой.

И это очень удобно для всех, ведь на рынке присутствует практически бесконечное разнообразие программ и устройств. Если бы каждому требовалось знать, как общаться со всеми остальными – процесс разработки программ и устройств стал бы невозможным.

Как работать с драйверами устройств

Чаще всего драйвера устанавливаются автоматически и не требуют никакого вмешательства пользователя, кроме периодического их обновления, устраняющего неполадки и добавляющего новые интересные функции.

Драйвера для каждого аппаратного компонента в вашем компьютере с операционной системой Windows централизованно управляются приложением Менеджер устройств , имеющемся во всех версиях Microsoft Windows.

Вот несколько типичных задач в Windows, в которых участвуют драйвера:

• Как обновлять драйвера в Windows
• Как найти номер версии драйвера в Windows
• Как отменить обновление драйвера в Windows

Вот несколько дополнительных ресурсов, касающихся драйверов:

• Бесплатные инструменты обновления драйверов
• Драйвера Windows 10 (обновленный список)
• Драйвера Windows 8 (обновленный список)
• Драйвера Windows 7 (обновленный список)
• Как найти и скачать драйвера с сайтов производителей
• Популярный сайты для скачивания драйверов
• Как определить, 32-битная или 64-битная версия Windows установлена

Многие проблемы, связанные с конкретным устройство, могут быть не проблемами с его аппаратной частью, а ошибками в работе драйвера устройства, установленного в системе. В этом случае вам помогут ресурсы, указанные выше.

Дополнительная информация о драйверах устройств

Кроме базовых взаимоотношений программа-драйвер-устройство есть и другие интересные ситуации, в которой участвую драйвера (и в которых нет).

Хотя сейчас это уже не настолько типично, некоторые программы могут напрямую связываться с некоторыми типами устройств – драйвера не требуются! Обычно это возможно только если программа передает устройству очень простые команды, либо когда и устройство, и программа разработаны одной компанией, но это можно рассматривать и как встроенный драйвер.

Некоторые драйвера напрямую связываются с устройством, но другие располагаются по уровням. В подобных ситуациях программа будет связываться с одним драйвером, затем этот драйвер свяжется с другим, и так далее, пока последний драйвер действительно не передаст данные напрямую устройству.

Эти «средние» драйверы не выполняют никаких функций, кроме как проверяют, нормально ли работают другие драйверы. Но как в случае одного драйвера, так и нескольких «уровней», все операции происходят на заднем плане, без вашего участия.

Неопытные пользователи ПК часто сталкиваются с вопросами установки драйверов: что это такое — драйвер? Зачем вообще нужен драйвер? Откуда взять и как устанавливать драйверы? И вообще, с чем, собственно, едят этот самый драйвер?

Что такое драйвер — простое объяснение

Компьютер — это целый набор устройств, а не один прибор. Каждое устройство, подключаемое к компьютеру — экран, клавиатура, принтер, видеокарта и любое другое нуждаются для своей работы в том, чтобы операционная система «понимала», что можно делать с таким устройством. Только что подключенный прибор пока неизвестен системе. Windows попросту не «понимает», что это за новый аппарат включили в её хозяйство.

Драйвер — это программа, которая позволяет операционной системе «общаться» с устройством. Своеобразный «переводчик», который способен разговаривать с Windows и объяснить системе, как использовать новое устройство. У каждого прибора свой драйвер. Для видеокарты нужен один «переводчик», для мышки — совсем другой.

Как устанавливать драйвер?

Для большинства устройств драйверы уже имеются в составе операционной системы. К примеру, при обнаружении новой флешки, Windows подаёт на неё электрический сигнал. Будто спрашивая: «А кто ты такая будешь?». В ответ флешка говорит: «Я — накопитель, который подключен через интерфейс USB, а чтобы общаться со мной, загрузи-ка ты себе драйвер № 15619, который находится в твоём архиве». За доли секунды Windows находит нужный файл, читает его, и узнаёт всю трудовую биографию флешки, используя все её возможности. Примерно так происходит установка драйверов.

Чем свежее версия Windows, тем больше шансов, что для вновь подключаемого устройства не нужно будет устанавливать отдельные драйвера — они найдутся в составе операционки. Например, Windows XP может сходу начать работу с подавляющим большинством флешек, а для древнейшей Windows 98 это почти неразрешимая задача. Windows 7 содержит в своём составе огромную коллекцию программ для работы с принтерами, сканерами, видеокартами и другой аппаратурой. А вот та же XP не столь хорошо распознаёт офисные приборы вроде оргтехники, «три в одном», сканеров, и прочего. Нет в её недрах такой крупной коллекции драйверов.

Что делать, если драйвер не устанавливается автоматически

Однако многие устройства неизвестны даже самым свежим версиям ОС. Ежедневно производители выпускают новые принтеры, более современные видеокарты. Даже привычные мышки «обрастают» огромным количеством необычных кнопок.

Если драйвер не устанавливается автоматически, то в таких случаях на экране появляется нелюбимая многими надпись: «Устройство установлено неправильно». Эта проблема легко решается — нужно установить необходимый драйвер. Вручную установить, ведь операционная система уже сообщила — в её коллекции нет подходящей программы-«переводчика» для работы с данным устройством.

Установка драйвера с диска

Для ручной установки драйвера, прежде всего, посмотрите в коробку, в которой вам продали устройство. Как правило, вместе с устройствами поставляются компакт-диски с записанными на них программами. Вставив диск в привод, ответьте на несколько простых вопросов системы, которые появятся в мастере нового оборудования, и драйвер установлен! А вопросы действительно несложные — на уровне:

• Вы хотите установить драйвер сейчас?
• Я хочу установить драйвер в папку C:/Windows/Drivers . Можно установить драйвер туда, или вы предложите другое место?
• Наверное, после установки придётся перезагрузить компьютер. Вы разрешаете сделать это сейчас, или займёмся перезагрузкой позже?

Диск с драйверами отсутствует. Где взять драйвер?

Если устройство попало к вам без диска или он затерялся, то самую свежую версию драйвера всегда можно найти на сайте производителя и скачать её оттуда. Посмотрите на марку нового оборудования и поищите официальный сайт этой модели. Просто вводим в поисковик (Google или Яндекс) название фирмы и модели устройства.

Для примера попробуем установить драйвер для сетевого адаптера. Это внутренне устройство компьютера, разъём которого похож на телефонную «розетку», только чуть толще и крупнее. Туда вставляется сетевой кабель, и компьютер подключается к локальной сети. Кстати, этот способ установки драйвера подходит и для любого другого устройства — веб-камеры, мышки, модема. Просто вместо названия фирмы-производителя и модели следует подставлять то, что написано на вашем устройстве. А ещё лучше сразу сформулировать запрос, который приведёт нас на официальный сайт производителя. В нашем примере это будет «официальный сайт Ethernet controller Realtek».

Итак, компьютер обнаружил новое устройство. И не смог установить для него драйвер. Диска под рукой у нас нет.

Для начала откроем Диспетчер устройств. Это программа, показывающая все-все приборы, из которых состоит компьютер и которые к нему подключены. Вызывается Диспетчер устройств так — Щелчок правой кнопкой по значку «Компьютер», появится меню. В нём нужно выбрать самую нижнюю строку (Свойства), и щёлкнуть по ней левой кнопкой мыши.

В «Свойствах» нужно выбрать «Диспетчер устройств» (он же — Device manager в английской версии ОС).

Так выглядит Диспетчер устройств в Windows 7. Чуть по-другому он смотрится в Windows XP и в других версиях операционной системы, но суть остаётся одна и та же. Обратите внимание, что в самой нижней строке Диспетчера устройств выделен некий прибор под названием Ethernet Controller. Неустановленные устройства всегда выделяются знаком вопроса или восклицания слева от названия прибора. Это означает, что Windows пока толком не может работать именно с этим прибором.

Первый же ответ Яндекса приведёт нас на официальный сайт производителя. Обратите внимание, что на сайты вроде «Ответы@mail.ru обращать внимания не следует. Они не имеют никакого отношения к сайту производителя. Максимум, что там посоветуют — скачать какую-то левую программу с непонятными задачами. Из неизвестного источника, кстати. Всегда следует пользоваться исключительно официальными сайтами производителя оборудования.

На сайте обратите внимание на разделы под названием «Техподдержка», «Драйверы и программное обеспечение», «Загрузка» и подобные. На англоязычных сайтах, как в нашем примере, ищите заголовки Download («Загрузка»), Support («Поддержка»), Drivers («Драйверы»). А в нашем примере сайт тайваньского производителя сетевых адаптеров Realtek уже предлагает выбрать самые популярные запросы пользователей — обратите внимание на нижний правый угол картинки. То, что нам и нужно было — драйвер «Realtek GBE Controller Driver». Щёлкаем по нему…

И выбираем нужную операционную систему. Это Windows 7, в случае нашего примера. Самая первая ссылка.

Открывается окно с предложением сохранить или запустить программу-драйвер. Лучше выбрать «Сохранить», ведь драйвер может пригодиться ещё когда-нибудь. Несколько минут (или секунд — всё зависит от скорости подключения к интернету) — и готово. Драйвер сохранён на вашем ПК.

Осталось лишь запустить его, щёлкнув по файлу драйвера дважды. Левой кнопкой, разумеется.

Появится окно установки драйвера. Несколько простейших вопросов…

И всё готово! Устройство под названием Сетевой адаптер успешно установлено. Оно готово к работе. Драйвер поставлен.

Напоследок о драйверах

Опытные пользователи предпочитают устанавливать драйверы не с прилагаемого диска, а загружать самую новую версию с официального сайта — часто этот способ позволяет оборудованию работать быстрее, стабильнее, а иногда даже добавляет новые функции. Драйверы обновляются очень часто, поэтому лучше работать с самой свежей версией.

Наконец, можно попробовать установить драйвер в полуавтоматическом режиме. Используя не внутреннюю «коллекцию» драйверов Windows, а огромную библиотеку с сайта Microsoft. О такой установке драйвера читайте в следующей статье про драйверы.

И ещё. В современном компьютере сделать что-либо не так — очень сложная задача. Компьютер не испортится, не сломается, не перестанет загружаться. Установка драйверов лишь на первый взгляд кажется сложной задаче. Всё очень и очень просто. Нет никакой необходимости вызывать «компьютерщика» для этой цели. Установку драйвера можно сравнить с протиркой компьютера от пыли. Берём влажную тряпку, аккуратно протираем, и электронный друг семьи снова блещет чистотой. Несложно? Так и с драйвером. Поставить его самостоятельно очень просто. Ничего не бойтесь и смело пробуйте: теперь ответ на вопрос «как установить драйвер» полностью решён!

Успехов в экспериментах!

Компьютер для чайников: Что такое драйвера?

Компьютер, за которым Вы сейчас работаете, состоит из многих составных частей.

Если у Вас персональный компьютер, то это отдельно стоящие системный блок (часто его называют процессором, что не совсем верно), монитор, клавиатура, мышка, может еще и принтер, видеокамера, колонки и микрофон. Может еще что-то. И все эти составные части персонального компьютера соединены проводами.

Из невидимых нами устройств (спрятанные в системный блок) — это видеокарта и звуковая карта, к которым подключаются монитор, колонки и микрофон.

Если у Вас ноутбук, нетбук или моноблок, то все перечисленные компоненты (ну почти все) компактно объединены в один корпус. Но в любом случае являются составными частями компьютера.

Так вот. Чтобы каждый из этих компонентов работал и работал корректно, необходимы специальные программы, которые и позволяют функционировать этим устройствам.

Например, специальная программа, установленная для видеокарты, позволяет Вам любоваться экраном Вашего монитора, картинки на котором имеют 32 миллиона цветовых оттенков и не раздражающим глаза мерцание монитора.

Перемещение физической мышки, которая находится у Вас в руке, по столу или коврику вызывает перемещение указателя мышки по экрану монитора в том же направлении, в котором Вы перемещаете физическую мышку. И этими манипуляциями управляет тоже специальная программа.

Когда Вы нажимаете клавишу на своей клавиатуре, то на экране монитора печатается именно тот символ, который «нарисован» на клавише. И печатается этот символ именно в том месте, которое Вы указали. И делает это тоже специальная программа, установленная на Вашем компьютере.

И все эти специальные программы называются драйверы или драйверы устройств . По сути — этопрограммы управления устройствами .

Итак, два ответа на вопрос, «Что такое драйвера, зачем они нужны?», я надеюсь, мы получили. Теперь осталось выяснить, как их устанавливать.

Я бы немного перефразировал этот вопрос. Нужно ли устанавливать драйвера на Вашем компьютере? А если нужно, то как?

В большинстве случаев Вам лично устанавливать драйвера на Ваш компьютер не нужно и вот почему.

Если Вы купили компьютер в специализированном магазине, то, как правило, все необходимые драйвера для устройств Вашего компьютера уже установлены и установлены корректно (т.е. обеспечивают правильную работу ваших устройств).

Даже если Вам придется переустанавливать операционную систему, очень больших сложностей с драйверами у Вас тоже не должно быть. В арсенале дистрибутива операционной системы (установочный CD/DVD диск) есть практически все стандартные драйвера. И при установке операционная система сама определит, какое оборудование установлено и сама установит необходимые программы.

Последние версии операционных систем вообще поступают проще. Если после установки обнаруживается, что в дистрибутиве нет необходимого драйвера, то операционная система «лезет» в интернет, скачивает необходимый драйвер и устанавливает его. Правда здесь есть одна тонкость. Должна быть настроена сеть и подключен интернет, т.е. драйвера для сетевой карты должны быть уже установлены.

Но в любом случае при покупке персонального компьютера к нему обязательно прикладывается диск с нужными драйверами. Ну а если это ноутбук, то установочные файлы для восстановления операционной системы и драйвера обычно записаны на защищенный раздел жесткого диска.

Но, конечно, бывают ситуации, когда Вам самим придется устанавливать драйвера вручную.

Вот пару примеров. Вы решили поменять Вашу видеокарту (в персональном компьютере это довольно просто) на новую навороченную с каким-нибудь новейшим графически ускорителем для профессиональной работы с 3D графикой. Или купили новый МФУ (многофункциональное устройство — копир, сканер и принтер — все в одном).

В этом случае к видеокарте или принтеру обязательно прилагается диск с нужными драйверами. Диск вставляется в CD/DVD привод. Автоматически запускается программа с «красивым» меню с предложениями установить драйвера и сопутствующее программное обеспечение. Выбираете необходимые программы и приложения. Запускаете установку. Через некоторое время операционная система сообщит Вам, что драйвера и необходимые программы и приложения установлены.

Хорошо, это новое оборудование. А как посмотреть, какое оборудование уже установлено и нет ли там проблем с драйверами? Все ли драйвера установлены и, если нет, как их установить?

Для того чтобы посмотреть какое оборудование установлено на вашем компьютере и в каком оно состоянии, необходимо «вызвать» Диспетчер устройств.

Как вызывается диспетчер устройств, я покажу на примерах для двух популярных операционных систем от корпорации Microsoft — Windows XP и Windows7.

Для Windows XP:

Для Windows 7:

В окне Диспетчера устройств Вы видите описание устройств, установленных на Вашем компьютере. Если напротив описания Вы нажмете левой кнопкой мыши на «плюсик» (Windows XP) или «стрелочка (Windows 7)», то раскроется описание, какая именно модель оборудования у Вас установлена.

Вот с этого окна и устанавливаются или обновляются драйвера устройств.

Если у вас список «чистый», т. е. без желтых восклицательных знаков и красных крестиков, то все драйвера у Вас установлены и работают корректно.

Немного хуже, если напротив устройств Вы увидите восклицательные знаки на фоне желтых кружков.

Это значит, что драйвер установлен не совсем корректно и конфликтует с другим устройством. В этом случае Вам надо удалить этот драйвер и перезапустить компьютер, чтобы он еще раз обнаружил устройство и установил драйвер заново. Если восклицательный знак и после этого остался, то придется искать последнюю обновленную версию драйвера для этого устройства в интернете.

И уж совсем нехорошо, если напротив устройства красный крестик.

Это означает, что в «арсенале» операционной системы нет драйвера для этого устройства в принципе. Значит надо искать драйвер в интернете, скачивать его и устанавливать.

Может возникнуть резонный вопрос: как, что и где искать, если об этих самых драйверах мы имеем самое общее представление.

Идеология построения драйверов

Операционная система управляет некоторым «виртуальным устройством», которое понимает стандартный набор команд. Драйвер переводит эти команды в команды, которые понимает непосредственно устройство. Эта идеология называется «абстрагирование от аппаратного обеспечения». Впервые в отечественной вычислительной технике подобный подход появился в серии ЕС ЭВМ , а такого рода управляющие программы назывались канальными программами.

Драйвер состоит из нескольких функций, которые обрабатывают определенные события операционной системы. Обычно это 7 основных событий:

• Загрузка драйвера. Тут драйвер регистрируется в системе, производит первичную инициализацию и т. п.
• Выгрузка. Драйвер освобождает захваченные ресурсы - память, файлы, устройства и т. п.
• Открытие драйвера. Начало основной работы. Обычно драйвер открывается программой как файл, функциями CreateFile() в Win32 или fopen() в UNIX-подобных системах .
• Чтение.
• Запись: программа читает или записывает данные из/в устройство, обслуживаемое драйвером.
• Закрытие: операция, обратная открытию, освобождает занятые при открытии ресурсы и уничтожает дескриптор файла.
• Управление вводом-выводом (англ. IO Control, IOCTL ). Зачастую драйвер поддерживает интерфейс ввода-вывода, специфичный для данного устройства. С помощью этого интерфейса программа может послать специальную команду, которую поддерживает данное устройство. Например, для SCSI -устройств можно послать команду GET_INQUIRY, чтобы получить описание устройства. В Win32-системах управление осуществляется через API-функцию DeviceIoControl() . В UNIX-подобных - ioctl() .

Интеграция драйверов

По мере развития систем, сочетающих в себе на одной плате не только центральные элементы компьютера, но и большинство устройств компьютера в целом, возник вопрос удобства поддержки таких систем, получивших название «аппаратная платформа », или просто «платформа».

Сначала производители платформ поставляли набор отдельных драйверов для операционных систем, собранный на один носитель (обычно компакт-диск), Затем появились установочные пакеты, называвшиеся 4-in-1 и One touch, и позволявшие упростить установку драйверов в систему. При этом, как правило, можно выбрать либо полностью автоматическую установку всех драйверов, либо выбрать вручную нужные. Однако единого, устоявшегося термина долго не было.

Современный термин, описывающий такие наборы драйверов устройств - Board Support Package , или «пакет поддержки платформы». Помимо собственно драйверов, он может, как и прочие установочные пакеты, содержать модули операционной системы и программы.

См. также

Примечания

Ссылки

• Пишем драйверы OpenSolaris (рус.) - статья о драйверах в OpenSolaris

Аспекты операционных систем (история список)
Ядро
Управление процессами
Управление памятью
Прочее

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Драйвер" в других словарях:

Программа, парус, шофер, программа драйвер, водитель Словарь русских синонимов. драйвер сущ., кол во синонимов: 8 аудиодрайвер (1) … Словарь синонимов

Вспомогательная компьютерная программа, которая обеспечивает действие какого то определенного комплектующего устройства (обычно даже какой то конкретной его модели и, естественно, фирмы производителя), подключенного к компьютеру, на котором она… … Словарь бизнес-терминов

драйвер - Программа, предназначенная для управления работой периферийных устройств, обычно в мини и микро ЭВМ. [ГОСТ 19781 90] Тематики обеспеч. систем обраб. информ. программное EN driver … Справочник технического переводчика

Драйвер - (англ. driver водитель, ведущий) компьютерная программа, помогающая операционной системе работать с к. л. устройством (напр., управлять устройствами ввода вывода, клавиатурой, принтером и т. д.) … Издательский словарь-справочник

ДРАЙВЕР - в информатике вспомогательная (см.) персонального компьютера, обеспечивающая взаимодействие управляющих программ с внешними устройствами. Д. поставляются вместе с (см.) (для типичных, распространённых устройств клавиатура, мышь, дисководы) или… … Большая политехническая энциклопедия

драйвер - дра/йвер, род. дра/йвера, мн. драйвери, род. мн. драйверів (англ. driver водій, ведучий) це комп ютерна програма, за допомогою якої операційна система отримує доступ до керування апаратним забезпеченням. Драйвер пристрою повинен розуміти всі… … Фізико-технічний словник-мінімум

Разнообразный набор драйверов для широкого круга популярных периферийных устройств – непременное условие популярности ОС у пользователей.

Для разработки драйверов производителями внешних устройств необходимо наличие четкого, удобного, открытого и хорошо документированного интерфейса между драйверами и другими компонентами ОС. Драйвер взаимодействует, с одной стороны, с модулями ядра ОС (модулями подсистемы ввода-вывода, модулями системных вызовов, модулями подсистем управления процессами и памятью), а с другой стороны – с контроллерами внешних устройств. Поэтому существует два вида интерфейсов: интерфейс «драйвер-ядро» (Driver Kernel Interface, DKI) и интерфейс «драйвер-устройство» (Driver Device Interface).

Интерфейс «драйвер-ядро» должен быть стандартизован в любом случае. Подсистема ввода-вывода может поддерживать несколько различных интерфейсов DKI/DDI, предоставляя специфический интерфейс для устройств определенного класса. К наиболее общим классам относятся блочные устройства, например, диски, и символьные устройства, такие как клавиатура и принтеры. Может существовать класс сетевых адаптеров и др. В большинстве современных ОС определен стандартный интерфейс, который должен поддерживать все блочные драйверы, и второй стандартный интерфейс, поддерживаемый всеми символьными адаптерами. Эти интерфейсы включают наборы процедур, которые могут вызываться остальной операционной системой для обращения к драйверу. К этим процедурам относятся, например, процедуры чтения блока или записи символьной строки.

Кроме того, подсистема ввода-вывода поддерживает большое количество системных функций, которые драйвер может вызывать для выполнения некоторых типовых действий. Например, это операции обмена с регистрами контроллера, ведения буферов промежуточного хранения данных ввода-вывода, взаимодействия с DMA-контроллером и контроллером прерываний и др.

У драйверов устройств есть множество функций:

1. Обработка запросов записи-чтения от программного обеспечения управления устройствами. Постановка запросов в очередь.

2. Проверка входных параметров запросов и обработка ошибок.

3. Инициализация устройства и проверка статуса устройства.

4. Управление энергопотреблением устройства.

5. Регистрация событий в устройстве.

6. Выдача команд устройству и ожидание их выполнения, возможно, в блокированном состоянии, до поступления прерывания от устройства.

7. Проверка правильности завершения операции.

8. Передача запрошенных данных и статуса завершенной операции.

9. Обработка нового запроса при незавершенном предыдущем запросе (для реентерабельных драйверов).

Наиболее очевидная функция состоит в обработке абстрактных запросов чтения и записи независимого от устройств программного обеспечения, расположенного над ними. Но, кроме этого, они должны выполнять еще несколько функций. Например, драйвер должен при необходимости инициализировать устройство. Ему может понадобиться управлять энергопотреблением устройства и регистрацией событий.

Многие драйверы обладают сходной общей структурой. Типичный драйвер начинает работу с проверки входных параметров. Если они не удовлетворяют определенным критериям, драйвер возвращает ошибку. В противном случае драйвер преобразует абстрактные термины в конкретные. Например, дисковый драйвер преобразует линейный номер кластера в номер головки, дорожки и сектора.

Затем драйвер может проверить, не используется ли это устройство в данный момент. Если устройство занято, запрос может быть поставлен в очередь. Если устройство свободно, проверяется статус устройства, чтобы понять, может ли запрос быть обслужен прямо сейчас. Может оказаться необходимым включить устройство или запустить двигатель, прежде чем начнется перенос данных. Как только устройство включено и готово, начинается собственно управление устройством.

Управление устройством подразумевает выдачу ему серии команд. Именно в драйвере определяется последовательность команд в зависимости от того, что должно быть сделано. Определившись с командой, драйвер начинает записывать их в регистры контроллера устройства. После записи каждой команды в контроллер, возможно, будет нужно проверить, принял ли контроллер команду и готов ли принять следующую. Такая последовательность действий продолжается до тех пор, пока контроллеру не будут переданы все команды. Некоторые контроллеры способны принимать связные списки команд, находящихся в памяти. Они сами считывают и выполняют их без дальнейшей помощи ОС.

После того как драйвер передал все команды контроллеру, ситуация может развиваться по двум сценариям. Во многих случаях драйвер устройства должен ждать, пока контроллер не выполнит для него определенную работу, поэтому он блокируется до тех пор, пока прерывание от устройства не разблокирует его. В других случаях операция завершается без задержек и драйверу не нужно блокироваться. В любом случае по завершении выполнения операции драйвер должен проверить, завершилась ли операция без ошибок. Если все в порядке, драйверу, возможно, придется передать данные (например, только что прочитанный блок) независимому от устройств программному обеспечению. Наконец, драйвер возвращает информацию о состоянии для информирования вызывающей программы о статусе завершения операции. Если в очереди находились другие запросы, один из них теперь может быть выбран и запущен. В противном случае драйвер блокируется в ожидании следующего запроса.

Для поддержки процесса разработки драйверов операционной системы выпускается так называемый пакет DDK (Driver Development Kit), представляющий собой набор инструментальных средств-библиотек, компиляторов и отладчиков.

Так как набор потенциально поддерживаемых данных ОС периферийных устройств всегда шире набора устройств, которыми ОС должна управлять при установке на конкретной машине, то ценным свойством ОС является возможность динамически загружать в оперативную память требуемый драйвер (без остановки ОС) и выгружать его, если надобность в драйвере отпала. Такое свойство ОС может существенно сэкономить системную область памяти.

Альтернативой динамической загрузке драйверов при изменении текущей конфигурации внешних устройств компьютера является повторная компиляция кода ядра с требуемым набором драйверов, что создает между всеми компонентами ядра статические связи вместо динамических. Например, таким образом решалась данная проблема в ранних версиях ОС UNIX. При статистических вызовах между ядром и драйверами структура ОС упрощается, но этот подход требует наличия исходных кодов модулей ОС, доступность которых скорее является исключением (для некоммерческих версий UNIX). Кроме того, в этом варианте работающую версию ОС надо остановить и заменить новой, что не всегда допустимо в некоторых применениях.

Поэтому поддержка динамической загрузки драйверов является практически обязательным требованием для современных универсальных ОС.

Первоначально термин «драйвер» применялся в достаточно узком смысле – под драйвером понимается программный модуль, который:

Входит в состав ядра ОС, работая в привилегированном режиме;

Непосредственно управляет внешним устройством, взаимодействуя с его контроллером с помощью команд ввода-вывода компьютера;

Обрабатывает прерывания от контроллера устройства;

Предоставляет прикладному программисту удобный логический интерфейс работы с устройством, экранируя от него низкоуровневые детали управления устройством и организации его данных;

Взаимодействует с другими модулями ядра ОС с помощью строго оговоренного интерфейса, описывающего формат передаваемых данных, структуру буферов, способы включения драйвера в состав ОС, способы вызова драйвера, набор общих процедур подсистемы ввода-вывода, которыми драйвер может пользоваться и т.п.

Согласно этому определению драйвер вместе с контроллером устройства и прикладной программой воплощали идею многослойного подхода к организации программного обеспечения. Контроллер представлял низкий слой управления устройством, выполняющий операции в терминах блоков и агрегатов устройства (например, передвижение головки дисковода, побитную передачу байта по двухпроводному кабелю). Драйвер выполнял более сложные операции, преобразуя данные, адресуемые в терминах номеров цилиндров, головок и секторов диска, в линейную последовательность блоков. В результате прикладная программа работала с данными, преобразованными в достаточно понятную форму, – файлами, таблицами баз данных, текстовыми окнами на мониторе и т.п., не вдаваясь в детали представления этих данных в устройствах ввода-вывода.

В описанной схеме драйверы не делились на слои. Постепенно, по мере развития операционных систем и усложнения структуры подсистемы ввода-вывода, наряду с традиционными драйверами в ОС появились так называемые высокоуровневые драйверы, которые располагаются в общей модели подсистемы ввода-вывода над традиционными драйверами. Появление таких драйверов можно считать развитием идеи многоуровневой организации подсистемы ввода-вывода, когда ее функции декомпозируются между несколькими модулями в соседних слоях иерархии (таких примеров много, например семиуровневая модель сетевых протоколов).

Традиционные драйверы, которые стали называть аппаратными, низкоуровневыми или драйверами устройств, освобождаются от высокоуровневых функций и занимаются только низкоуровневыми операциями. Эти низкоуровневые операции составляют фундамент, на котором можно построить тот или иной набор операций в драйверах более высоких уровней.

При таком подходе повышается гибкость и расширяемость функции по управлению устройством. Например, если различным приложениям необходимо работать с различными логическими модулями одного и того же физического устройства, то для этого в системе достаточно установить несколько драйверов на одном уровне, работающих над одним аппаратным драйвером. Несколько драйверов, управляющих одним устройством, но на разных уровнях, можно рассматривать как один многоуровневый драйвер.

На практике используют от двух до пяти уровней драйверов, поскольку с увеличением числа уровней снижается скорость выполнения операций ввода-вывода.

Высокоуровневые драйверы оформляются по тем же правилам и придерживаются тех же внутренних интерфейсов, что и аппаратные драйверы. Как правило, высокоуровневые драйверы не вызываются по прерываниям, так как взаимодействуют с устройством через посредничество аппаратных драйверов.

В модулях подсистемы ввода-вывода, кроме драйверов, могут присутствовать и другие модули, например, дисковый кэш. Достаточно специфичные функции кэша делают нецелесообразным оформление его в виде драйвера, взаимодействующего с другими модулями ОС только с помощью услуг менеджера ввода-вывода. Другим примером модуля, который чаще всего не оформляется в виде драйвера, является диспетчер окон графического интерфейса. Иногда этот модуль вообще выносится из ядра ОС и реализуется в виде пользовательского интерфейса. Таким образом, был реализован диспетчер окон в Windows NT 3.5 и 3.51, но этот микроядерный подход заметно замедляет графические операции, поэтому в Windows 4.0 диспетчер окон и высокоуровневые графические драйверы, а также графическая библиотека GDI были перенесены в пространство ядра.

Аппаратные драйверы после запуска операции ввода-вывода должны своевременно реагировать на завершение контроллером заданного действия путем взаимодействия с системой прерывания. Драйверы более высоких уровней вызываются не по прерываниям, а по инициативе аппаратных драйверов или драйверов вышележащего уровня. Не все процедуры аппаратного драйвера нужно вызывать по прерываниям, поэтому драйвер обычно имеет определенную структуру, в которой выделяется секция обработки прерываний (Interrupt Service Routine, ISR), которая и вызывается от соответствующего устройства диспетчером прерываний.

В унификацию драйверов большой вклад внесла ОС UNIX, в которой все драйверы были разделены на два класса: блок-ориентированные (Block-oriented) и байт-ориентированные (Character-oriented) драйверы. Это более общее деление, чем деление на вертикальные подсистемы. Например, драйверы графических устройств и сетевых устройств относятся к классу байт-ориентированных.

Блок-ориентированные драйверы управляют устройствами прямого доступа, которые хранят информацию в блоках фиксированного размера, каждый из которых имеет свой адрес. Адресуемость блоков приводит к тому, что для дисков, являющихся устройствами прямого доступа, появляется возможность кэширования данных в оперативной памяти. Это обстоятельство значительно влияет на общую организацию ввода-вывода для блок-ориентированных драйверов.

Устройства, с которыми работают байт-ориентированные драйверы, не адресуют данные и не позволяют производить операции поиска данных, они генерируют или потребляют последовательность байта (терминалы, принтеры, сетевые адаптеры и т.п.).

Однако не все устройства, управляемые подсистемой ввода-вывода, можно разделить на блок и байт-ориентированные. Для таких устройств (например, таймер) нужен специфический драйвер.

В свое время ОС UNIX сделала очень важный шаг по унификации операций и структуризации программного обеспечения ввода-вывода. В ОС UNIX все устройства рассматриваются как виртуальные (специальные) файлы, что дает возможность использовать общий набор базовых операций ввода-вывода для любых устройств независимо от их специфики. Подобная идея реализована позже в MS-DOS, где последовательные устройства – монитор, принтер и клавиатура – считаются файлами со специальными именами: con, prn, con.